건설기계 판도를 바꾸는 진보(1)

건설기계산업연구원장 김인유

 

 

1. 휠 로더(wheeled loader)

 

■ 대형 휠 로더: 작동이 간편하고 효율적임

 

John Deere의 664L 하이브리드 휠 로더는 이름에서 알 수 있듯이 하이브리드 전기 전송 시스템을 갖추고 있다. 휠 로더(wheeled loader) 제품 마케팅 관리자인 John Deere의 Grant Van Tine은“효율성 향상과 조작 용이성을 위해” 설계되었다고 말했다. 또한, John Deere 6.8L FT4 엔진으로 구동되며 조종사가 일정한 엔진 속도를 선택하여 가능한 한 쉽게 조작 할 수 있도록 한다.

Van Tine은“소음이 적어 하이브리드 644L은 주거 지역에서 작업이 원활하였다. “전기를 이용한 하이브리드 변속기는 4단계의 속도 범위의 3단 변속기를 가지고 있다. 운전자가 가속기에서 내리거나 방향을 바꾸거나 내리막 길을 주행하면 엔진의 부하를 줄이고 연료 소비를 줄이면 에너지가 재활용된다.”

 

Hitachi는 이 회사의 ZW370-6 대형 휠 로더는 까다로운 작업 환경의 요구에 부응하기 위해 광범위한 연구를 통해 설계되었다고 말합니다. 연료 효율, 생산성 향상, 최적의 안락함 및 안전성에 대한 타협 없이 안정적인 성능에 대한 고객의 요구가 모두 고려되었습니다.

 

대형 휠 로더는 생산성과 효율성 향상을 위해 새로운 Stage IV 호환 엔진으로 구동됩니다. 견고한 구성품이 통합되어 있으며 ZW370-6 휠로더의 견인력은 효율적인 적재 작업을 보장한다고 합니다. 빠른 전원 스위치는 더 많은 전력이 즉시 필요하거나 오르막길을 주행할 때 엔진 출력을 증가시킵니다.

 

고객은 필요한 응용 분야에 따라 두 가지 유형의 리프트 암 중에서 선택할 수 있습니다. 표준 리프트 암은 높은 파단력을 제공하는 반면 높은 리프트 암은 더 큰 덤핑(dumping) 높이가 필요할 때 적용 할 수 있습니다. 둘다 자동 레벨러를 사용하여 제어할 수 있습니다.

 

리프트 암(lift arm)과 버킷(bucket)의 동시 이동으로 부드러운 굴착 작업이 가능합니다. 벗키은 하역 후 우선순위가 지정되므로 휠 로더가 빠르게 굴착 작업으로 복귀하여 생산성을 높일 수 있습니다.

 

ZW370-6에 통합된 기술의 또 다른 예는 최신 배출 규정을 준수하고 휠 로더가 환경에 미치는 영향을 줄이도록 설계된 선택적 촉매 환원(SCR : selective catalytic reduction) 시스템입니다. SCR 시스템은 요소를 배기가스에 주입하여 배출로 인한 질소 산화물을 줄입니다. 디젤 미립자 필터가 필요하지 않아 유지 관리 비용도 절감됩니다.

 

■ 전기 구동

 

휠로더 분야에서 혁신적인 또 다른 회사는 전기 구동 시스템이 장착된 모델을 생산하는 Caterpillar입니다. 예를 들어 Caterpillar의 988K XE는 2018년 초에 첫 번째로 생산되었다.

휠로더는 북미와 유럽에서 강세를 보이며, 특히 독일은 전기 구동 장치를 의무적으로 장착하는 것으로 보고했다. Cat 휠 로더 제품 전문가인 Bjorn Westlund는 "캐터필러에서 15년 전 D70 전기 구동 불도저(dozer) 플랫폼에 처음으로 전기 구동을 시작했다."라고 언급하면서 한동안 이것을 연구해왔다고 말한다.

Westlund는 전기 드라이브가 더 많은 전력을 생산하는 것이 아니라 효율성을 높이는 데 있으며 회사가 로더(loaders)와 함께 사용하는 가장 큰 효율성은 갤런(gallon) 당 톤(tons)이라고 말합니다.

 

"그는 평균적으로 우리는 하중에 직면한 적용에서 988XE가 생산량을 낮추지 않고도 25% 이상의 연료 절감을 달성할 수 있음을 보여주었습니다." "이 아이디어는 대부분의 전기 드라이브와 마찬가지로 즉각적인 토크를 사용할 수 있으므로 효율성이 향상되고 조금 더 빨라질 수 있다는 겁니다.“

 

휠 로더에는 가상 기어라는 새로운 기능이 있습니다. 이 경우 조종사는 기본적으로 속도 제한 설정을 하고 있다. 즉, 최고 토크를 자동으로 최대 허용하기 때문에 기어 변속을 걱정할 필요가 없다.

 

조종사에 관한 한, Westlund는 전기 드라이브가 없는 998K와 비교할 때 988XE를 사용하면 가상 기어 만 차이가 나고 실제로는 더 편리하게 사용할 수 있다고 말합니다. “이것은 XE로의 전력 이동은 매우 원활하게 이루어지는데, 유일한 차이점은 이러한 가상 기어가 실제로 조종사로부터 작업을 수행하여 더 쉽게 만듭니다.

 

“전체적으로, 우리는 정말 좋은 피드백을 받았다. 즉각적이고 반응성이 높으며 매우 원활하게 작동하며, 특히 방향 전환에서 갑자기 움이거나 기어 변속이 거의 없다. 하루가 끝날 무렵, 그들은 전력 전환보다 XE에서 나오는 것이 더 좋다고 말합니다.”

그러나 전기 드라이브가 표준이 아닌 경우 부품의 공급이 어려울 수 있으며 가격면에서 기존의 파워 시프트보다 비싸다. 또한, Westlund는 기계 무게가 증가하고 출력 속도가 약간 낮아 지지만 연료 효율과 구성품의 마모가 적어 전기 드라이브가 점점 인기 있는 옵션이 되고 있다고 말했다.

 

“우리는 이미 많은 고객들이 찾아와서 다음 큰 기계가 언제 나올지 물었습니다. 실제로 일부 고객은 더 이상 파워 시프트를 구매하기를 원하지 않습니다. 그들은 전기 구동 기술로 직접 가고 싶어합니다. 우리는 이를 계속 개발하고 있으며 항상 개선을 찾고 있습니다.”

 

■ 운영자 옵션

 

JCB는 휠 로더와 조종사를 최대한 효율적으로 만들기 위해 JCB 457 휠 로더에 두 가지 전원 모드를 적용했다고 말한다. JCB 대변인에 따르면, "2개의 전력 모드(Standard와 Dynamic)는 조종사가 이동된 재료의 톤당 최고의 연비를 달성하기를 원하는지(Standard mode), 또는 출력을 증가시키기 위한 최대 생산성(Dynamic mode)을 선택할 수 있게 해준다.

“이 두 가지 모드는 모든 산업 분야에 적합합니다. 표준 모드는 평평한 야드에서 느슨한 재료를 대량으로 다룰 때 특히 효과적일 수 있지만, 동적 모드는 채석장 분야의 추출 업무에 이상적이며 특히 재료를 운반하는 동안 지반조건이 나쁜 경우에 이상적입니다.”

 

JCB는 후방 카메라, 냉난방 장치, 가열 또는 냉각되는 가죽 운전 좌석, 조종석 내 멀티미디어 포트, 음료와 음식을 차갑게 유지하기 위한 쿨 박스 및 360도 조명 등 보다 편안하고 생산적인 조종사 환경을 제공하기 위해 모두 추가되었습니다.

앞으로 휠 로더의 미래 발전이 가져올 결과를 고려하는 것이 흥미롭다. John Deere의 Grant Van Tine는 기술 개발이 고객이 필요로 하는 것에 뿌리를 두고 있으며 앞으로 이루어질 것이라고 언급했다.

 

“숙련된 장비 조종사의 부족은 작동하기 쉽고 효율적이며 생산적인 휠 로더를 개발하게 되었습니다. 또한, 계약 업체가 마진 감소에 직면할 때 소유 및 운영 비용을 절감하는 방법을 계속 찾고 있습니다.

"644L 하이브리드는 이러한 문제를 염두에두고 설계되었으며 향후 이러한 문제를 해결하기위한 추가 개발을 기대할 수 있습니다."

한 가지 확실한 점은 조종사 부족과 비용 관리의 중요성으로 제품은 계속 발전할 것입니다.

 

2. 휠로더 시장 분야 분석

 

글로벌 휠로더(wheeled loader) 시장의 경쟁 환경은 2000년대 중반부터 중국이 세계 무대에 등장한 이후 크게 변했습니다. 휠로더는 역사적으로 중국에서 가장 널리 사용되는 기계였으며 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 이 국가의 OEM(Original Equipment Manufacturers)의 판매량은 급증했습니다.

 

중국은 여전히 ​​내수가 주요 시장이지만 LiuGong 및 XCMG 등의 제작사는 세계 시장으로의 진출하려고 하고 있다.

전 세계 휠로더(wheeled loader)의 수요는 현재 연간 약 160,000대로 중국은 ​​가장 큰 시장입이며, 다음으로 미국이고, 중국은 미국의 2~3배에 이르고 있다.

 

휠로더(wheeled loader)의 인기 기종은 국가마다 다르지만 120-250HP (90-185kW) 정도이다. 작은 기종 시장은 일부 시장, 특히 독일에서 인기가 있지만 스키드 스티어(skid steer), 소형 트랙(compact tracked) 및 백호 로더(backhoe loaders) 및 텔레 핸들러(telehandlers)와 같은 다른 장비 유형과 경쟁을 하여야 한다.

신흥 시장에서는 훨씬 저렴하게 제작된 현지 농기구가 고도의 기술로 제작된 제품과 경쟁을 할 수 있다.